应用笔记 3911

提高MAX1464 ADC性能

By: Youssof Fathi

摘要 : MAX1464是一款高性能、多通道信号调理器,其内部16位模数转换器将模拟输入信号转换为数字量。为了使转换分辨率达到最大,必须在模数转换器的线性范围内将输入信号中的失调补偿调零后再进行放大。该篇应用笔记描述了有效完成这一任务的方法和流程。

提高MAX1464的转换分辨率

MAX1464是一款高性能、低成本、低功耗、多通道、基于微处理器的数字式传感器信号调理器,集成了片上闪存和温度传感器。在信号通路的中心有一个16位模数转换器(ADC)用来将模拟输入信号转换成数字量由内部微处理器进行处理。为了最大化转换分辨率,必须将输入信号的失调使用粗调-失调DAC CO调零,然后通过设置可编程增益放大器(PGA)将其放大到ADC线性范围内的最大可能值。必须对输入信号进行粗调-失调设置,使传感器的激励为中间等级时数字量尽可能接近0x0000 (十六进制)。然后设置PGA的增益使激励最小和最大时数字量尽可能接近ADC范围的±85%。

由于CO和PGA设置的分辨率有限,这一阶段的输入信号只能进行PGA和失调的粗调。输出信号最终和最精确的调整通常是在最后的校准过程中完成,这一过程利用补偿算法对传感器误差、器件差异、应用电路元件差异以及所有其余的误差进行合并和校正。一般,相同的CO和PGA设置适用于同一条生产线上的传感器,因为其具有合理的一致性,所以不需要为每个单独的传感器确定CO和PGA设置。

在MAX1464信号调理器中,通道1、通道2和通道T (温度传感器)输入的CO和PGA设置相互独立。对每个通道,PGA使用配置寄存器中的5位进行设置(17种可能的设置),CO使用4位进行设置(包括1个符号位,有16种可能的设置)。对一个未知特性的传感器进行最优粗调-失调和增益设置的方法如图1中的流程图所示。配置寄存器的详细定义和设置方法请参考MAX1464的数据资料。

实例

在这个例子中,电源电压为5V时期望的补偿输出是0.5V到4.5V,所使用的传感器具有10mV/V的灵敏度和-12mV/V的失调,基于此来确定CO和PGA的设置。所以传感器的失调是5V * (-12mV/V) = - 60mV,满激励时的传感器量程是50mV。同样地,-FSO (满量程输出) = -85mV,+FSO = -35mV。根据下面的流程图,PGA增益设置是PGAn[4:0] = 10000b (增益 = 123),粗调失调校正设置是Con[3:0] = 1010b (+57mV RTI - 参考输入)。ADC的粗校正-FS输入是(-85mV + 57mV) * 123 = -3.690V。ADC的+FS输入是(-35mV + 57mV) * 123 = +2.460V。ADC的输入范围是±VDD。这样,数字化的传感器信号变成-FS = -3.690/5 = -0.738和+FS = +2.460/5 = +0.492。

注意到电桥乘以VDD,ADC除以VDD。因此,系统是比例式的,对VDD的直流分量不敏感。当输入超出±VDD时ADC输出±1.0。

图1. 使用MAX1464信号调理器时用于补偿传感器信号的最优粗调失调和PGA设置的确定方法
图1. 使用MAX1464信号调理器时用于补偿传感器信号的最优粗调失调和PGA设置的确定方法